VDW-Studie »Additive Manufacturing« 1. Zeile 36pt Potenziale und Risiken aus dem Blickwinkel der deutschen Werkzeugmaschinenindustrie 2. Zeile 24pt METAV, 23.02.2016 Seite 1 17.02.2016 Konzept der Studie Voruntersuchungen Kundensegmente Marktstudie Bauteilsegmente F&E-Landschaft Technologiestudie Marktstrukturen Werkstofftechnologien Case-Studies Marktvolumen Prozessentwicklung Marktbezogene Treiber und Hemmnisse Technologiebezogene Treiber und Hemmnisse Verdichtung der Ergebnisse Szenario-Analyse Chancen und Risiken für die WZM-Industrie sowie Handlungsempfehlungen Seite 2 17.02.2016 Einfluss von AM auf Absatzmärkte der WZM-Industrie Wert-Anteil in % an Gesamt Branchen 60,0% Automobilbau inkl. Zulieferer 50,0% 40,0% 30,0% Maschinenbau Herstellung von Metallerzeugnissen 20,0% Schienenfahrzeug 10,0% Elektrotechnik 0,0% gering Metallerzeugung & -bearbeitung Feinmechanik Luft- und Raumfahrttechnik Medizintechnik Nutzen Additiver Fertigung hoch Abgleich der AM-Paradigmen mit Abnehmerbrachen der WZM-Industrie AM ist für die Absatzmärkte der WZM-Industrie relevant. Seite 3 17.02.2016 AM-Technologie-Überblick für Metalle Schichtverfahren Auftragsverfahren Pulverbett Umschmelzen SLM EBM Elektronenstrahlquelle Laserscanner Laser Optik Spule Vakuum Schutzgas Sonstige Lokaler Auftrag Binder Umschmelzen Umschmelzen Binder Jetting Lamination LMD Umgebungsatmosphäre Achssystem Druckkopfmatrix Pulverbett Pulverbett Pulverbett Laserscanner Bspw. Laser Laser Optik Blechmaterial Pulver oder Draht Schmelzbad Bauteil Bauteil Marktanteil: 72 % Bauteil Marktanteil: 8 % Bauteil Bauteil Mit weiteren sonstigen: 4 % Werkstück Marktanteil: 13 % LMD und SLM Hybrid: 4 % Die betrachteten Verfahren decken mehr als 95% des Marktvolumens vom Additive Manufacturing für Metalle ab. Quelle: Wohlers Report Seite 4 17.02.2016 Übersicht über die Nachbearbeitungsprozesse Konstruktion Pulverherstellung Produktion AM Abtrennung des Bauteils von der Bauplatte Trennen Drahtfunkenerodieren Sägen / Metallschneiden Wärmebehandlung Anpassung der Fraunhofer ILT mechanischen Eigenschaften, z.B. Bruchdehnung Nachbearbeitung GrobFeinbearbeitung bearbeitung Spanende Bearbeitung, um die geforderten Dimensionen zu erreichen Vakuumwärmebehandlung CNC-Drehen Schutzgasatmosphäre (z.B. Argon) CNC-Fräsen Heißisostatisches Pressen (HIP) Qualitätssicherung Zusätzliche Prozesse, um die spezifischen Oberflächenanforderungen herzustellen Gleitspanen Drahtfunkenerosion Schleifen, Honen Strahlen CNC-Bohren Micro Machining Prozess (MMP) Strömungsschleifen (AFM) Läppen, Polieren AM ist weniger Substitutionstechnologie, sondern vor allem Komplementärtechnologie der spanenden Verfahren. Seite 5 17.02.2016 Marktvolumen Beginnen wir mit einer Zahl… 4,103 Mrd. $ Source: Wohlers Report 2015 Seite 6 17.02.2016 Das ist das globale Marktvolumen von… Quelle: Thinkstock Antifaltencreme … und von allen Produkten und Dienstleistungen im Additive Manufacturing weltweit . Source: Wohlers Report 2015 Seite 7 17.02.2016 Auswirkungen von Additive Manufacturing auf den Bedarf an Werkzeugmaschinen Anzahl verkaufter AMAnlagen Abschätzung AM-Systeme pro Jahr 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 2010 Abschätzung Anzahl additiv gefertigter Bauteile Nettobedarf an Werkzeugmaschinen Die Verschiebung in der Nachfrage bezogen auf die gesamten spanenden Werkzeugmaschinen aufgrund von AM machen deutlich weniger als 1 % aus! 2012 2014 2016 2018 2020 Jahr Reale Daten 0,5 % 1,0 % 2,0 % 5,0 % 10,0 % CAGR 40 % CAGR 10 % Additive Fertigung führt auf absehbare Zeit nicht zu einer breiten Verdrängung bewährter Fertigungstechnologien im spanenden und umformenden Bereich. Seite 8 17.02.2016 Paradigmen des Additive Manufacturing Komplexität Additive Manufacturing Vol. konst. Losgröße Bauteilgröße Kosten Individualisierung Kosten Kosten Komplexität Vol. konst. Quelle: Industrytap Quelle: EOS Quelle: GE Bauteilgröße Konventionelle Fertigung Kostenverteile von AM liegen in der Fertigung von komplexen, individualisierten und kleinen Bauteilen sowie in der Kleinserienfertigung. Seite 9 17.02.2016 Mehrwertbetrachtung für AM-Bauteile Treiber Produkt ProduktMehrwert Komplexität & Losgröße 1 AM ist einzige verfügbare Technologie um geforderte Geometrien zu realisieren Prozess Prozess Mehrwert Reduzierte Herstellungskomplexität Geringere Herstellungszeit oder Logistikaufwand Kleine Losgröße Lebensdauer Mehrwert über die Lebensdauer Verbesserte Bauteileigenschaften führen zu geringeren Gesamtkosten über die Lebensdauer Beispiel Anteil Design-Produkte Personalisierte Verbraucherprodukte Spezieller Schmuck … Design-Prototypen Ersatzteile mit hohem Lageraufwand Ersatzteile für abgelegene Orte Brennstoffdüsen … Werkzeuge mit gesteigerter Lebensdauer oder verbesserter Leistung Leichtgewichtsbauteile … In der Mittel- und Großserienfertigung sowie der Fertigung großer Bauteile haben additive Verfahren Kostennachteile, die lediglich durch „added values“ ausgeglichen werden können. Seite 10 17.02.2016 Case Studies mit Bauteilen aus der WZMIndustrie Betrachtete Bauteilparameter „added value“ Potential Abmessungen Gewichtsreduzierung Komplexität Integrierte Bauteilgestaltung Oberflächen Qualität Interne Medienkanäle Individualisierung & Stückzahl Integrierte Kühlkanäle Kosten & Fertigungsaufwand Individualisierte Geometrien Fertigungsrestriktionen Prozesskette Funktionsoptimierung Die Integration von “added values” erfordern komplexe Berechnungen und AM-spezifisches Wissen. Seite 11 17.02.2016 Treiber für den zukünftigen Erfolg von AM Aufbaurate Verbesserte Prozessparameter für Standardanlagen Weiterentwickelte Anlagenkonzepte Mehrlasersysteme Verkürzte Nebenzeiten Neue Maschinenkonzepte (Diodenlaser-Array – 3D Laser Printing) Systemkosten Anlagenkosten für SLM-Anlagen sinken: Mehr OEMs drängen auf den Markt Skaleneffekte durch Serienproduktion von SLM-Analgen Preiswertere Maschinenkonzepte Materialkosten Skaleneffekte durch Mehrproduktion Neue Verdüsungs- methoden können die Pulverherstellung verbessern Wissen/ Ausbildung Zunehmende Wissensverbreitung bei Anwendern und Konstrukteuren AMspezifische Vorteile zu nutzen Mehr Pulverhersteller drängen auf den AMMetallmarkt Zukünftige Entwicklungen werden in den kommenden 5-7 Jahren die Verbreitung der Verfahren beschleunigen. Seite 12 17.02.2016 Hybridmaschinen Hybridmaschinen Auswahl aktueller und zukünftiger Anbieter Hybridmaschinen vereinen AM- Technologie (Materialaufbau) und konventionelle Technologien (Materialabbau) in einer Maschine. Quelle: DMG Mori Die Entwicklung von hybriden Anlagen bleibt spannend. Seite 13 17.02.2016 Anwendungsbeispiel für Hybridmaschinen Fall 1: Synergieeffekte Fall 2: Aufwandersparnis beim Umspannen Referenz: Werkzeugeinsatz Referenz: Reparatur einer Turbinenschaufel Kleine Stückzahlen Iterativer Herstellungsprozess: Fräsen Fräsen von Kühlkanälen in einen Rohling Auftragen der Deckschicht Messen Quelle: DMG Mori Quelle: Hermle Materialaufbau Neue Ansätze in der Bauteilgestaltung und Fertigungsplanung sind teilweise für eine wirtschaftliche Nutzung nötig. Seite 14 17.02.2016 Offene Fragen Wie lassen sich AM-Anlagen in das klassische Produktionsumfeld integrieren? Prozessqualifikation Bauteilgerechte Werkstoffauswahl & Prozessparameter Zerstörungsfreie Bauteilprüfung & Prozessmonitoring Prozess- & Materialzertifizierung/ Standardisierung Prozessautomatisierung Pulverzufuhr, -handling & -entfernung Entfernung von Stützstrukturen Integrierbarkeit in automatisierte Prozessketten Nutzbarkeit der Designfreiheit Quelle: knowledge.ulprospector.com Durchgängige Software- & Systemlösungen Designguidelines Aus- und Weiterbildung Umweltaspekte Staubbelastung der Umgebung Durchsetzungsfähigkeit von AM hängt von den Lösungen aktueller Fragestellungen ab. Seite 15 17.02.2016 Fazit: AM – Mehr Chancen als Gefahren Keine radikalen Veränderung der Werkzeugmaschinenbranche in den nächsten 5-7 Jahren durch AM AM als weitere Fertigungstechnologie in der bestehenden Wertschöpfungskette der Metallbearbeitung Beobachtung der Entwicklungen des hochdynamischen AM-Markts und Aneignen von AM-Wissen für die WZM-Industrie erforderlich Potentielle Skaleneffekte, die heute (unter seriösen Bedingungen) noch nicht abschätzbar sind Seite 16 17.02.2016
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